Estudo numérico para obtenção da razão de aspecto ótima de uma aleta no processo de fusão de material de mudança de fase (PCM)

Abstract

Com a crescente utilização de fontes de energia renováveis, diversos estudos sobre a utilização de materiais de mudança de fase (PCM) ganharam destaque mundial. Muitos destes, concentram-se na sua utilização em cavidades. Para uma cavidade retangular aletada internamente, contendo o PCM ácido láurico em processo de fusão, este trabalho tem por objetivo verificar a influência da razão de aspecto da aleta, bem como, por otimização geométrica, determinar a razão de aspecto ótima, a qual minimizará o tempo do processo de fusão do PCM. Para os casos estudados, a aleta encontra-se posicionada horizontalmente no centro da parede direita da cavidade, sendo suas dimensões alteradas através da variação da sua razão de aspecto, para uma fração de área de 0,01. As simulações numéricas foram realizadas no software Fluent, com o modelo matemático baseado nas equações da conservação da massa, quantidade de movimento e conservação da energia. No processo de mudança de fase utilizou-se o modelo entalpia-porosidade. Os modelos matemático e numérico foram validados com base em resultados experimentais obtidos da literatura. As malhas computacionais foram avaliadas através do método GCI, onde obteve-se um índice de 1,9 % em relação a malha utilizada. Os resultados obtidos de fração de líquido em função do tempo mostraram que houve uma redução de, aproximadamente, 19 % no tempo total do processo de fusão do PCM, entre as razões de aspecto de 0,026 e 0,6, respectivamente. Dessa forma, para este estudo, obteve-se a menor razão de aspecto como razão de aspecto ótima para a aleta.